(57)【要約】      （修正有）【課題】吸気弁と排気弁とが同時に開弁状態となるオーバーラップ期間中に燃焼室内に燃料を供給してこれを排気通路に組み込まれた触媒側に導く排気ガス浄化システムの制御方法を提供する。【解決手段】吸気弁１６および排気弁１７の少なくとも一方の開閉タイミングに応じて吸気通路１９を開閉し得る吸気制御弁２４と、この吸気制御弁２４の開閉を行うためのアクチュエータ２３と、排気弁１７の閉弁後かつ吸気弁１６の閉弁前に吸気制御弁２４が開弁すると共に吸気弁１６の閉弁後に吸気制御弁２４が閉弁するように、アクチュエータ２３の作動を制御して吸気制御弁２４の掃気用開弁期間を達成する制御装置２５とを具える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁と排気弁とが同時に開弁状態となるオーバーラップ期間中に燃焼室内に燃料を供給してこれを排気通路に組み込まれた排気ガス浄化エレメント側に導く排気ガス浄化システムであって、
前記吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングに応じて吸気通路を開閉し得る吸気制御弁と、
この吸気制御弁の開閉を行うためのアクチュエータと、
前記排気弁の閉弁後かつ前記吸気弁の閉弁前に前記吸気制御弁が開弁すると共に前記吸気弁の閉弁後に前記吸気制御弁が閉弁するように、前記アクチュエータの作動を制御して前記吸気制御弁の掃気用開弁期間を達成する制御手段と
を具えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記排気弁の閉弁後における最初の前記吸気制御弁の開弁から前記吸気弁の閉弁後における最後の前記吸気制御弁の閉弁に至る間に、前記吸気制御弁が少なくとも１回ずつ閉弁および開弁するように、前記アクチュエータの作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記排気弁の閉弁後かつ前記掃気用開弁期間の前に前記吸気制御弁が少なくとも１回ずつ開弁および閉弁して前記吸気制御弁の吸気用開弁期間を達成するように、前記アクチュエータの作動を制御することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
燃焼室内に導入される実際の吸気量を導出する実吸気量導出手段と、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段とをさらに具え、
前記制御手段は、前記運転状態検出手段からの検出情報に基づいて燃焼室内に導入されるべき最低限の吸気量を導出する要求吸気量導出部と、この要求吸気量導出部により導出された最低限の吸気量と前記実吸気量導出手段によって導出された実際の吸気量とを比較する比較部とを有し、
前記制御手段は、この比較部にて実際の吸気量が最低限の吸気量よりも少ないと判断した場合、前記吸気制御弁の吸気用開弁期間を設定することを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
吸気弁または排気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁と、排気通路に組み込まれた排気ガス浄化エレメントとを有し、吸気弁と排気弁とが同時に開弁状態となるオーバーラップ期間中に燃焼室内に燃料を供給してこれを前記排気ガス浄化エレメント側に導く排気ガス浄化システムの制御方法であって、
前記排気弁の開弁後かつ前記吸気弁の閉弁前に前記吸気制御弁を開弁するステップと、
前記吸気弁の閉弁後に前記吸気制御弁を閉弁するステップと
を具えたことを特徴とする排気ガス浄化システム制御方法。
【請求項６】
前記吸気制御弁を開弁するステップと前記吸気制御弁を閉弁するステップとの間に、前記吸気弁を閉弁してから再度これを開弁するステップを少なくとも１回以上有することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化システム制御方法。
【請求項７】
燃焼室内に導入される実際の吸気量を導出するステップと、
エンジンの運転状態に基づいて燃焼室内に導入されるべき最低限の吸気量を導出するステップと、
最低限の吸気量と実際の吸気量とを比較するステップと
をさらに具え、前記吸気弁を閉弁してから再度これを開弁するステップは、実際の吸気量が最低限の吸気量よりも少ない場合に行われることを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化システム制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気弁と排気弁とが同時に開弁状態となるオーバーラップ期間中に燃焼室内に燃料を供給してこれを排気通路に組み込まれた排気ガス浄化エレメント側に導く排気ガス浄化システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に供給される燃料中に各種添加剤や硫黄分などが含まれる場合、排気ガス中の有害成分を無害化する触媒や排気ガス中の微粒子を捕捉するトラップフィルタなどの排気ガス浄化エレメントが目詰まりを起こしたり、触媒の場合には被毒したりする。このため、所定期間毎に排気ガス浄化エレメントの回復処理を行って清浄な排気ガスを大気中に排出できるようにしなければならない。
【０００３】
車両の走行中に触媒の回復処理、つまり後処理を行う場合、エンジンの排気上死点またはその近傍にて還元剤、一般的には燃料を燃焼室内に供給し、シリンダ内壁に付着しているエンジンオイルの希釈を回避するいわゆる VIGOM 噴射による方法が知られている。これは、吸気弁と排気弁とが同時に開弁状態となるオーバーラップ期間を設定する必要があるものの、排気通路内に専用の噴射装置を組み込む必要がなく、燃焼室内に燃料を供給する燃料噴射装置を兼用させることができるという利点がある。また、シリンダ内壁に付着したエンジンオイルの希釈を回避することができるという利点もある。
【０００４】
このような排気ガス浄化エレメントの回復処理とは関係がないけれども、排気上死点での燃料の噴射技術が特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、排気上死点近傍にて燃料を噴射する場合、吸気弁および排気弁のオーバーラップ期間を短くし、排気上死点近傍にて噴射された燃料が燃焼室内に残留し、これが次サイクルで燃焼するのを抑制するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−９７３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排気上死点またはその近傍にて燃料を噴射した場合、燃焼室の内壁に付着しているエンジンオイルの希釈を避けることができるものの、燃料の一部が燃焼室に残留してしまい、次行程での燃焼室内での燃料の燃焼条件が変わってしまうという不具合が生ずる。このような不具合を回避するため、特許文献１においては、吸気弁および排気弁のオーバーラップ期間を短くし、また燃料の噴射量も少なく設定している。
【０００７】
このため、特許文献１に開示された技術を排気ガス浄化システムに利用して VIGOM 噴射を行う場合、充分な量の還元剤、つまり燃料を排気ガス浄化エレメント側に供給することが困難となる。
【０００８】
本発明の目的は、吸気弁と排気弁とが同時に開弁状態となるオーバーラップ期間中に燃焼室内に所望の量の燃料を供給し、これを排気通路に組み込まれた排気ガス浄化エレメント側に効率よく導くことができる排気ガス浄化システムを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、このような排ガス浄化システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の形態は、吸気弁と排気弁とが同時に開弁状態となるオーバーラップ期間中に燃焼室内に燃料を供給してこれを排気通路に組み込まれた排気ガス浄化エレメント側に導く排気ガス浄化システムであって、前記吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングに応じて吸気通路を開閉し得る吸気制御弁と、この吸気制御弁の開閉を行うためのアクチュエータと、前記排気弁の閉弁後かつ前記吸気弁の閉弁前に前記吸気制御弁が開弁すると共に前記吸気弁の閉弁後に前記吸気制御弁が閉弁するように、前記アクチュエータの作動を制御して前記吸気制御弁の掃気用開弁期間を達成する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明においては、制御手段がアクチュエータの作動を制御し、排気弁の閉弁後かつ吸気弁の閉弁前に吸気制御弁を開弁させ、吸気弁の閉弁後に吸気制御弁を閉弁させる。吸気弁の閉弁後に吸気制御弁が閉弁すると、吸気制御弁よりも上流側の吸気通路内を流れる吸気の慣性により、吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路内に高密度の空気が保持されることとなる。このため、排気弁が閉弁する前に吸気弁が開くと、吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路内の高密度の空気が燃焼室に流入して掃気用の空気となり、このオーバーラップ期間中に燃焼室内に供給される燃料を効率よく排気通路側へと導くこととなる。また、排気弁の閉弁後かつ吸気弁の閉弁前に吸気制御弁が開弁することにより、負圧状態となっている燃焼室内に吸気制御弁よりも上流側の吸気通路内に介在する空気が加速状態で供給される。
【００１２】
本発明の第１の形態による排気ガス浄化システムにおいて、掃気用開弁期間が吸気弁の閉弁時期を跨いで連続しているものであってよい。
【００１３】
制御手段は、排気弁の閉弁後における最初の吸気制御弁の開弁から吸気弁の閉弁後における最後の吸気制御弁の閉弁に至る間に、吸気制御弁が少なくとも１回ずつ閉弁および開弁するように、アクチュエータの作動を制御するものであってよい。この場合、掃気用開弁期間は、吸気弁の閉弁と同時に吸気制御弁が閉弁して終了する第１掃気用開弁期間と、この第１掃気用開弁期間後に再び吸気制御弁が開弁して始まる第２掃気用開弁期間とを有することができる。また、制御手段は、排気弁の閉弁後かつ掃気用開弁期間の前に吸気制御弁が少なくとも１回ずつ開弁および閉弁して吸気制御弁の吸気用開弁期間を達成するように、アクチュエータの作動を制御するものであってよい。
【００１４】
燃焼室内に導入される実際の吸気量を導出する実吸気量導出手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段とをさらに具え、制御手段は、運転状態検出手段からの検出情報に基づいて燃焼室内に導入されるべき最低限の吸気量を導出する要求吸気量導出部と、この要求吸気量導出部により導出された最低限の吸気量と実吸気量導出手段によって導出された実際の吸気量とを比較する比較部とを有し、制御手段は、この比較部にて実際の吸気量が最低限の吸気量よりも少ないと判断した場合、吸気制御弁の吸気用開弁期間を設定するものであってよい。
【００１５】
本発明の第２の形態は、吸気弁または排気弁の開閉タイミングに応じて開閉する吸気制御弁と、排気通路に組み込まれた排気ガス浄化エレメントとを有し、吸気弁と排気弁とが同時に開弁状態となるオーバーラップ期間中に燃焼室内に燃料を供給してこれを前記排気ガス浄化エレメント側に導く排気ガス浄化システムの制御方法であって、前記排気弁の開弁後かつ前記吸気弁の閉弁前に前記吸気制御弁を開弁するステップと、前記吸気弁の閉弁後に前記吸気制御弁を閉弁するステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第２の形態による排気ガス浄化システムの制御方法において、吸気制御弁を開弁するステップと吸気制御弁を閉弁するステップとの間に、吸気弁を閉弁してから再度これを開弁するステップを少なくとも１回以上有することができる。この場合、燃焼室内に導入される実際の吸気量を導出するステップと、エンジンの運転状態に基づいて燃焼室内に導入されるべき最低限の吸気量を導出するステップと、最低限の吸気量と実際の吸気量とを比較するステップとをさらに具え、吸気弁を閉弁してから再度これを開弁するステップは、実際の吸気量が最低限の吸気量よりも少ない場合に行われるものであってよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の排気ガス浄化システムおよびその制御方法によると、吸気弁および排気弁のオーバーラップ期間中に燃焼室内に供給された燃料を排気通路に組み込まれた排気ガス浄化エレメント側に効率よく導くことができる。つまり、吸気弁の閉弁後に吸気制御弁を閉弁し、吸気制御弁よりも上流側の吸気通路内を流れる吸気の慣性を利用して吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路内に高密度の空気を保持し、次いで排気弁が閉弁する前に吸気弁を開き、吸気弁と吸気制御弁との間の吸気通路内の高密度の空気を掃気用の空気として燃焼室に流入させることが可能となる。この結果、排気上死点またはその近傍にて燃料を燃焼室内に供給しても、燃焼室内に燃料を残留させることなく、確実に排気通路側へ導くことが可能となり、残留燃料による次行程での燃焼条件の変化を防止することができる。
【００１８】
排気弁の閉弁後における最初の吸気制御弁の開弁から吸気弁の閉弁後における最後の吸気制御弁の閉弁に至る間に、吸気制御弁が少なくとも１回ずつ閉弁および開弁するように、制御手段がアクチュエータの作動を制御した場合、吸気制御弁の機能を有効に利用して充填効率のよい吸気を行うことができる。
【００１９】
排気弁の閉弁後かつ掃気用開弁期間の前に吸気制御弁が少なくとも１回ずつ開弁および閉弁して吸気制御弁の吸気用開弁期間を達成するように、アクチュエータの作動を制御手段が制御した場合、掃気用の吸気と燃焼室内での燃料の燃焼に必要な吸気とを確実に得ることができる。
【００２０】
燃焼室内に導入される実際の吸気量を導出する実吸気量導出手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段とをさらに具え、運転状態検出手段からの検出情報に基づいて燃焼室内に導入されるべき最低限の吸気量を導出する要求吸気量導出部と、この要求吸気量導出部により導出された最低限の吸気量と実吸気量導出手段によって導出された実際の吸気量とを比較する比較部とを制御手段が有し、この比較部にて実際の吸気量が最低限の吸気量よりも少ないと制御手段が判断した時に吸気制御弁の吸気用開弁期間を設定する場合、掃気用の吸気に加えて燃焼室内での燃料の燃焼に必要な吸気を確実に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明による排気ガス浄化システムをディーゼル機関が搭載された車両に応用した一実施形態について、図１〜図５を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００２２】
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図２に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火型式のものである。
【００２３】
燃焼室１２にそれぞれ臨む吸気ポート１３および排気ポート１４が形成されたシリンダヘッド１５には、吸気ポート１３を開閉する吸気弁１６および排気ポート１４を開閉する排気弁１７を含む動弁機構１８が組み込まれている。また、これら吸気弁１６および排気弁１７に挟まれるように燃焼室１２の上端中央に臨む燃料噴射弁１１も、このシリンダヘッド１５に組み込まれている。本実施形態における動弁機構１８は、吸気弁１６および排気弁１７の開閉タイミングが固定されたものであり、吸気弁１６と排気弁１７とが同時に開弁状態となるオーバーラップ期間を設定している。動弁機構１８として、エンジン１０の運転状態によってこれらの開閉タイミングを変更し得るものを採用することも可能である。
【００２４】
吸気ポート１３に連通するようにシリンダヘッド１５に連結されて吸気ポート１３と共に吸気通路１９を画成する吸気管２０の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路１９に導くためのエアクリーナ２１が設けられている。吸気弁１６と吸気管２０の途中に形成されたサージタンク２２との間の吸気管２０の途中には、吸気弁１６の開閉時期に応じた所定のタイミングにてアクチュエータ２３により吸気通路１９を開閉し得る吸気制御弁２４が組み込まれている。エンジン１０が気筒当たり複数の吸気ポート１３をそれぞれ有する場合、吸気制御弁２４を吸気ポート１３毎に独立して設け、各吸気ポート１３を個別に開閉することも可能であるが、個々の気筒を単位として吸気制御弁２４を開閉するようにしてもよい。これら吸気制御弁２４およびそのアクチュエータ２３は、吸気弁１６および排気弁１７の少なくとも一方の開閉時期に応じて所望の時期に正確に吸気制御弁２４が開閉するように、極めて制御応答性の高いものである。
【００２５】
本実施形態における吸気制御弁２４は、本発明における制御手段としての制御装置２５からの指令に基づき、アクチュエータ２３によってその開閉状態が制御される。具体的には、車両の運転状態に基づき、エンジン１０の低回転高負荷運転領域では吸気弁１６の開弁時期よりも遅く開弁し、そして吸気弁１６の閉弁時期に合わせて閉弁する一方、それ以外の運転領域では吸気弁１６の開閉動作に拘らず、基本的に常時全開状態となるように制御される。この結果、エンジン１０の低回転高負荷運転領域ではエンジン１０の吸気行程の途中まで負圧状態となっている燃焼室１２内に吸気制御弁２４よりも上流側に位置する吸気通路１９内の空気が一気に流れ込むこととなる。つまり、一種の慣性過給効果によって多量の空気を燃焼室１２内に充填させることが可能である。この吸気制御弁２４を用いた過給においては、吸気の慣性と吸気制御弁２４よりも下流側に発生する負圧とを利用して制御の開始直後から実際の過給がなされることとなる。従って、ターボ過給方式などよりも制御の応答性に優れ、いわゆる車両の加速遅れを解消することができる。
【００２６】
なお、このような吸気制御弁２４に関する基本的な技術は、２００３年フランクフルトモーターショーにて Siemens VDO Automotive AG から９月９日にプレス発表された "Impulses for Greater Driving Fun" に詳述されている。本発明においては、以下に説明する排気ガス浄化システムにこの吸気制御弁２４の機能を組み合わせている。
【００２７】
排気ポート１４に連通するようにシリンダヘッド１５に基端が連結された排気管２６の途中には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成するパティキュレートや有害物質を捕捉および／または無害化するための触媒２７が組み込まれている。この排気管２６は、排気ポート１４と共に排気通路２８を画成している。従って、エアクリーナ２１を通って吸気管２０から燃焼室１２内に供給される吸気は、燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射される燃料と混合気を形成し、ピストン２９の圧縮上死点近傍にて自然着火して燃焼する。この燃焼に伴って発生する微小な炭素化合物、いわゆるパティキュレートや窒素酸化物あるいは硫黄成分（以下、これらを一括して有害成分と呼称する）が触媒２７に捕捉される。有害成分の一部は、触媒２７を通過する間に無害化され、清浄化された排気ガスと共に排気管２６から大気中に排出される。
【００２８】
燃焼排ガス中に含まれる有害成分が触媒２７に付着堆積するに伴い、触媒２７が目詰まりを起こしてエンジン１０の円滑な運転を損なう可能性が生ずる。このような不具合を回避してエンジン１０の円滑な運転を可能とするため、本実施形態では吸気弁１６および排気弁１７のオーバーラップ期間中、つまりピストン２９の排気上死点および／またはその近傍にて燃料噴射弁１１から未燃の燃料を燃焼室１２内に噴射する VIGOM 噴射を行うようにしている。これにより、未燃の燃料を排気通路２８から触媒２７に供給して有害成分を完全燃焼させ、触媒２７の回復処理を行うことができる。この触媒２７の回復処理は、触媒２７を挟んでその上流側と下流側とにおける排気通路２８内の差圧が予め設定した値以上になった場合に行われるが、冷態状態にある触媒２７を暖機してその活性化を促進させる場合や、一時的に混合気をリッチ側に振るリッチスパイク制御を行う場合にも VIGOM 噴射を併用することが有効である。
【００２９】
この VIGOM 噴射による本実施形態の排気ガス浄化システムにおいては、排気弁１７の閉弁後かつ吸気弁１６の閉弁前に吸気制御弁２４を開弁させ、吸気弁１６の閉弁後に吸気制御弁２４を閉弁させるようにしている。吸気弁１６の閉弁後に吸気制御弁２４が閉弁すると、吸気制御弁２４よりも上流側の吸気通路１９内を流れる吸気の慣性により、吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９内に高密度の空気が保持されることとなる。このため、排気弁１７が閉弁する前に吸気弁１６が開くと、吸気弁１６と吸気制御弁２４との間の吸気通路１９内の高密度の空気が燃焼室１２に流入して掃気用の空気となり、このオーバーラップ期間中に燃焼室１２内に供給される燃料を効率よく排気通路２８側へと導くことができる。また、排気弁１７の閉弁後かつ吸気弁１６の閉弁前に吸気制御弁２４が開弁することにより、負圧状態となっている燃焼室１２内に吸気制御弁２４よりも上流側の吸気通路１９内に介在する空気が加速状態で供給される。従って、吸気通路１９の上流側に機械式過給機またはターボ式過給機を組み込んだ場合には、本発明の効果をさらに向上させることが可能である。
【００３０】
このように、エンジン１０およびこのエンジン１０が搭載される車両の運転状態を把握して制御装置２５が燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期や、吸気制御弁２４の作動を制御するため、以下に記すような各種センサ類を具えている。すなわち、運転者によって操作されるアクセルペダル３０の踏み込み量を検出してこれを制御装置２５に出力するアクセル開度センサ３１を具えている。エアクリーナ２１とサージタンク２２との間の吸気管２０の部分には、ここを流れる空気の流量を検出するエアフローメータ３２が取り付けられ、その出力信号が制御装置２５に出力されるようになっている。吸気制御弁２４よりも下流側の吸気管２０の部分には、吸気通路１９内の吸気圧を検出してこれを制御装置２５に出力する吸気圧センサ３３が取り付けられている。さらに、ピストン２９が往復動するシリンダブロック３４には、連接棒３５を介してピストン２９が連結されるクランク軸３６の回転位置、つまりクランク角位相を検出してこれを制御装置２５に出力するクランク角センサ３７が取り付けられている。本実施形態においては、このクランク角センサ３７をエンジン回転数センサとして利用している。本発明における差圧センサ３８として機能する一対の圧力センサ３８ａ，３８ｂが触媒２７を挟んでその上流側および下流側の排気管２６にそれぞれ取り付けられ、これらによって検出された触媒２７の上流側および下流側の排気通路２８内の圧力情報が制御装置２５に出力されるようになっている。
【００３１】
制御装置２５は、これらセンサ３１，３３，３７，３８およびエアフローメータ３２などからの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って円滑なエンジン１０の運転がなされるように、燃料噴射弁１１およびアクチュエータ２３などの作動を制御するようになっている。本実施形態における制御装置２５は、VIGOM 噴射判定部３９と、掃気用開弁期間設定部４０と、燃料噴射量設定部４１と、噴射時期設定部４２と、要求最低吸気量導出部４３と、実吸気量導出部４４と、比較判定部４５と、吸気用開弁期間設定部４６とを有する。
【００３２】
VIGOM 噴射判定部３９は、差圧センサ３８からの検出信号に基づいて VIGOM 噴射を行なうべきか否かを判定し、その結果を掃気用開弁期間設定部４０および燃料噴射量設定部４１に出力する。掃気用開弁期間設定部４０は、VIGOM 噴射判定部３９にて VIGOM 噴射を行なうべきであると判断した場合、燃焼室１２内の掃気のための吸気制御弁２４の開弁および閉弁時期を設定する。燃料噴射量設定部４１は、アクセル開度センサ３１からの検出信号に基づいてエンジン１０の駆動トルク、つまり燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量を設定し、これを噴射時期設定部４２および要求最低吸気量導出部４３に出力する。噴射時期設定部４２は、この燃料噴射量設定部４１にて設定された燃料噴射量に対応した燃料の噴射時期を設定する。要求最低吸気量導出部４３は、クランク角センサ３７からの情報に基づいて算出されるエンジン回転数と、燃料噴射量設定部４１にて設定された燃料噴射量とに基づき、エンジン１０が必要とする最低限の吸気量ＡＭを図３に示す如きマップから導出する。そして、これを比較判定部４５に出力する。実吸気量導出部４４は、エアフローメータ３２および吸気圧センサ３３からの検出信号に基づいて実際に燃焼室１２内に供給された吸気量ＡＲを算出し、その結果を比較判定部４５に出力する。比較判定部４５は、要求最低吸気量導出部４３にて導出された要求最低吸気量ＡＭと、実吸気量導出部４４にて算出された実吸気量ＡＲとを比較し、要求最低吸気量ＡＭが実吸気量ＡＲよりも多いか否かを判定する。そして、その判定結果を吸気用開弁期間設定部４６に出力する。吸気用開弁期間設定部４６は、この比較判定部４５にて要求最低吸気量ＡＭが実吸気量ＡＲよりも多いと判定された場合、燃焼室１２内への吸気のための吸気制御弁２４の開弁および閉弁時期を設定する。
【００３３】
燃料噴射弁１１は、燃料噴射量設定部４１および噴射時期設定部４２にて設定された燃料噴射量および燃料噴射時期にて燃料を燃焼室１２内に噴射するようになっている。また、アクチュエータ２３は、掃気用開弁期間設定部４０および吸気用開弁期間設定部４６にて設定された開弁期間となるように吸気制御弁２４を開閉する。
【００３４】
ピストン２９の行程と燃料噴射弁１１，吸気弁１６，排気弁１７，吸気制御弁２４の開閉期間との関係を図４に示す。図４中、上から順に吸気弁１６，排気弁１７，燃料噴射弁１１，吸気制御弁２４の開閉期間を表しており、一番下の二点鎖線は、要求最低吸気量ＡＭが実吸気量ＡＲ以下の場合、掃気用開弁期間設定部４０にて設定された吸気制御弁２４の開閉期間の他の一例を示している。図４では、圧縮上死点近傍にて燃料噴射弁１１から燃料を噴射して通常の燃焼を行う以外に、吸気弁１６の開弁後に排気弁１７が閉弁するオーバーラップ期間中に排気上死点および／またはその近傍にて燃料を噴射する VIGOM 噴射を行っている。また、吸気制御弁２４においては、排気弁１７の閉弁直後に始まる吸気用開弁期間Ｂと、その後に続く２つの掃気用開弁期間Ｃ１，Ｃ２とが設定されている。なお、VIGOM 噴射を行う必要がない運転状態の場合、掃気用開弁期間Ｃ１，Ｃ２が設定されず、吸気用開弁期間Ｂのみ設定されることは言うまでもない。その場合、吸気制御弁２４の吸気用開弁期間Ｂを吸気下死点まで継続させることができる。
【００３５】
掃気用開弁期間Ｃ１，Ｃ２は、２回に限定されるわけではなく、必要に応じて任意に設定することが可能である。例えば、図４中、一番下の二点鎖線に示すように吸気下死点を挟んで掃気用開弁期間Ｃを１回に設定することも可能であり、この例では要求最低吸気量ＡＭが実吸気量ＡＲ以下の場合を示しており、このように吸気弁１６の開弁期間に対して吸気制御弁２４の開弁期間をずらしても、エンジン１０を運転するための通常の燃焼が可能である。
【００３６】
本実施形態における排気ガス浄化システムの制御は、図５に示すフローチャートに従って行われる。まず、Ｓ１１のステップにて現在の車両の運転状態が VIGOM 噴射条件を満たしているか否かを判定する。ここで、現在の車両の運転状態が VIGOM 噴射条件を満たしていない、つまり触媒２７の上流側と下流側とで排気通路２８内の圧力の差が所定値に達していないと判断した場合には、何もせずに通常の燃焼制御に移行する。
【００３７】
これに対し、現在の車両の運転状態が VIGOM 噴射条件を満たしている、つまり触媒２７の回復処理が必要であると判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して掃気用開弁期間Ｃ１，Ｃ２を設定する。そして、Ｓ１３のステップに移行して今度は要求最低吸気量ＡＭが実吸気量ＡＲよりも多いか否かを判定する。ここで、要求最低吸気量ＡＭが実吸気量ＡＲ以下であると判断した場合、掃気用開弁期間Ｃ１，Ｃ２の他に吸気用開弁期間Ｂを設定する必要がないので、掃気用開弁期間Ｃ１，Ｃ２のみで吸気制御弁２４の開閉制御を行うように制御を継続する。
【００３８】
Ｓ１３のステップにて要求最低吸気量ＡＭが実吸気量ＡＲよりも大きい、すなわち掃気用開弁期間Ｃ１，Ｃ２のみでは吸気量が不足すると判断した場合には、Ｓ１４のステップに移行して吸気用開弁期間Ｂを設定し、この吸気用開弁期間Ｂと掃気用開弁期間Ｃ１，Ｃ２とで吸気制御弁２４の開閉制御を行う。
【００３９】
上述した実施形態では、本発明を点火プラグのないディーゼルエンジンなどの圧縮点火機関に応用した場合について説明したが、ガソリンやアルコールまたはＬＰＧ（液化天然ガス）などを燃料として点火プラグを用いる直噴形式の火花点火機関に対しても有効である。また、排気ガス浄化エレメントとして酸化触媒のみならず、ＤＰＲ(Diesel Particulate active Reduction system)やＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOＸ Reduction System)などに用いられるＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)などの再生に対しても同様な効果を得ることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による排気ガス浄化システムをディーゼルエンジンが搭載された車両に組み込んだ一実施形態のシステム概念図である。
【図２】図１に示した実施形態における制御ブロック図である。
【図３】図１に示した実施形態において、エンジン回転数と燃料噴射量と要求最低空気量との関係を模式的に表すマップである。
【図４】図１に示した実施形態におけるディーゼルエンジンの行程と、吸気弁および排気弁の開閉時期と、燃料噴射弁の噴射時期と、吸気制御弁の開閉時期との関係を表すタイムチャートである。
【図５】図１に示した実施形態における吸気制御弁の制御手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  エンジン
１１  燃料噴射弁
１２  燃焼室
１３  吸気ポート
１４  排気ポート
１６  吸気弁
１７  排気弁
１９  吸気通路
２０  吸気管
２３  アクチュエータ
２４  吸気制御弁
２５  制御装置
２６  排気管
２７  触媒
２８  排気通路
２９  ピストン
３０  アクセルペダル
３１  アクセル開度センサ
３２  エアフローメータ
３３  吸気圧センサ
３７  クランク角センサ
３８  差圧センサ
３８ａ，３８ｂ  圧力センサ
ＡＭ  要求最低吸気量
ＡＲ  実吸気量
Ｂ  吸気用開弁期間
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２  掃気用開弁期間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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